Después de volar en el espacio durante más de dos años, La nave espacial OSIRIS-REx de la NASA (Orígenes, Interpretación espectral, Identificación de recursos, Security-Regolith Explorer) entró recientemente en órbita alrededor de su objetivo, el asteroide Bennu. Se considera que los asteroides como Bennu son restos de la formación de nuestro sistema solar. Entonces, en la primera misión de este tipo de la NASA, OSIRIS-REx busca recuperar una muestra y traerla a la Tierra.

Además de varios instrumentos a bordo de la nave espacial, hay uno construido por estudiantes del MIT llamado Espectrómetro de imágenes de rayos X REgolith (REXIS), que proporcionará datos para ayudar a seleccionar el sitio de muestreo, así como otros objetivos de la misión, incluida la caracterización del asteroide y su comportamiento, y compararlos con observaciones terrestres. REXIS es un proyecto conjunto entre el Departamento de Tierra del MIT, Ciencias Atmosféricas y Planetarias (EAPS), Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT (AeroAstro), el Observatorio de la Universidad de Harvard, el Instituto MIT Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial, y el Laboratorio Lincoln del MIT.

Poco después de llegar a Bennu, Los investigadores de OSIRIS-REx anunciaron que habían identificado agua en el asteroide, posiblemente impactando la selección del sitio de muestreo. EAPS habló con Richard Binzel, un experto en asteroides en el MIT y co-investigador en esta misión, liderando el desarrollo de REXIS, sobre la función del instrumento y lo que este hallazgo significa para el uso futuro de dispositivos similares. Binzel también es profesor de ciencias planetarias en EAPS con un nombramiento conjunto en AeroAstro, y miembro de la facultad Margaret MacVicar.

P:¿Cuál es el propósito de REXIS, como parte de la misión OSIRIS-REx?

R:El objetivo de la misión OSIRIS-REx es obtener una muestra prístina de la superficie del asteroide, Bennu, que tiene algunos de los más originales, sobreviviendo a la química desde el comienzo de nuestro sistema solar. El asteroide es como una cápsula del tiempo lo que nos dirá cómo era la condición de nuestro sistema solar cuando se formó hace 4.560 millones de años.

El objetivo de REXIS es mapear la composición de Bennu en apoyo de la misión, elegir la ubicación para esa muestra. El objetivo es ir al asteroide y pasar hasta un año estudiándolo en detalle para determinar qué ubicación puede darnos el mayor rendimiento científico. Es una cuestión de evaluación y caracterización progresiva del asteroide:pasaremos por órbitas que irán descendiendo gradualmente hasta el punto en que veamos la superficie con muy buen detalle, como las características de los cráteres y las rocas. De este modo, sabemos dónde vamos a tocar la superficie, tomar una muestra, y tráigalo de forma segura a bordo de la nave espacial.

Para hacer esto, a bordo del OSIRIS-REx, hay un conjunto de instrumentos:cámaras y espectrómetros visibles principalmente en las longitudes de onda visible e infrarroja cercana que están mapeando la superficie del asteroide, además de REXIS del MIT, el espectrómetro de imágenes de rayos X REgolith. REXIS complementa todos los demás instrumentos y contribuye al resto de los datos al ver con luz de rayos X. Ningún otro instrumento en OSIRIS-REx verá la superficie con luz de rayos X. Entonces, esto es bastante único en la exploración planetaria, y el hecho de que fue construido por estudiantes es aún más sorprendente.

Uno de nuestros objetivos es corroborar el mapeo mineral que hacen los otros instrumentos. Los espectrómetros visible e infrarrojo cercano son sensibles a la composición mineral de la superficie, y REXIS mide los elementos atómicos individuales que están presentes. Una de las cosas que queremos lograr es ver si los elementos atómicos que medimos son consistentes con los minerales que miden los otros instrumentos y viceversa.

P:¿Cómo funciona REXIS?

R:REXIS funciona aprovechando las emisiones de rayos X del sol. Algunos de esos rayos X golpean el asteroide e interactúan con los átomos de la superficie:se absorben y cambian el nivel de energía de los electrones en los átomos. Cuando los átomos regresan a su estado fundamental, emiten un fotón de rayos X, lo que significa que los rayos X del sol hicieron que el asteroide brillara o emitiera fluorescencia.

REXIS mide la energía y las ubicaciones de los rayos X que emiten fluorescencia lejos de la superficie del asteroide, y las energías nos dicen qué átomos están presentes. La energía de un fotón de rayos X que es emitido por un átomo corresponde exactamente a la energía entre dos orbitales de electrones. Cada átomo tiene su propia firma única de estados de energía, por lo que podemos deducir la composición elemental de la superficie del asteroide.

Vamos a buscar cosas como el hierro silicio, oxígeno, y azufre, algunos bloques de construcción muy básicos de los cuerpos planetarios. Podremos medir esas abundancias y determinar la composición de este asteroide.

Ahora, estamos realizando todo tipo de medidas de calibración, y estamos aprendiendo sobre las características del instrumento en el espacio:formas en las que funciona como se esperaba y diferencias. Es parte del diseño del instrumento monitorear la salida del sol y calibrar las observaciones de asteroides, teniendo en cuenta cualquier variación del sol. REXIS tiene dos partes:una parte es el espectrómetro principal que mide los rayos X emitidos desde la superficie del asteroide; el segundo es un pequeño monitor de rayos X solar o SXM, y está constantemente mirando la salida del sol, que varía en escalas de tiempo de minutos, horas, y dias. De esta manera, si miramos una ubicación en el asteroide y vemos esta enorme fluorescencia de rayos X, sabremos si el asteroide es especial en esa ubicación, o si fue solo una llamarada solar, que ocurrió al mismo tiempo. También estamos mirando el fondo de rayos X cósmicos o CXB y calibrando la sensibilidad de nuestro instrumento mirando un fuerte fuente de rayos X en el cielo llamada Nebulosa del Cangrejo.

También calibramos las mediciones REXIS con las mediciones de laboratorio de meteoritos, y vamos a poder identificar qué tipo de meteorito es más parecido a Bennu. Si vemos alguna variación en la superficie, podremos decir qué regiones tienen la mayor similitud con los meteoritos conocidos, y esto puede guiarnos en cuanto a dónde obtenemos nuestra muestra.

P:La NASA anunció que encontraron evidencia de agua en Bennu. ¿Qué significa esto para REXIS y de dónde se toma la muestra?

R:La misión OSIRIS-REx encontró evidencia de la presencia de minerales hidratados en la superficie del asteroide Bennu. Estos minerales se forman cuando las moléculas de agua reaccionan con material rocoso y pasan a formar parte de la estructura cristalina. Los estudios de meteoritos sugieren que este proceso ocurrió muy temprano en la historia del sistema solar. Este descubrimiento nos dice que la superficie de Bennu no se ha calentado a temperaturas lo suficientemente altas como para descomponer estos minerales y liberar el agua. Bennu parece contener esta agua primordial, proporcionando pistas sobre cómo ese material fue entregado a la Tierra, conduciendo a un mundo habitable.

Esta es una noticia tentadora para REXIS porque uno de los elementos atómicos que vamos a buscar es el oxígeno, que por supuesto es un componente principal del agua, y REXIS tiene el potencial de confirmar el hallazgo de estas moléculas de agua en los minerales de Bennu.

Son muchos los factores que influyen en la decisión de dónde tomar la muestra. En primer lugar, tenemos que determinar a qué partes de la superficie es seguro ir, que sabemos que la nave espacial puede navegar, obtener una muestra, y regresa sano y salvo. Luego, de todas las regiones seguras, cuáles son los más interesantes científicamente, según lo que llamamos el mapa de valores científicos. El objetivo es tener una comprensión completa de la composición de la superficie del asteroide y cualquier variabilidad. Luego, queremos encontrar un lugar para tomar muestras que creemos que tiene la química orgánica más original desde el comienzo del sistema solar, por lo que los lugares de Bennu que pueden tener una firma de agua serían muy interesantes de probar.

En la actualidad, todavía estamos bastante lejos del asteroide y avanzamos lentamente hacia distancias orbitales más bajas. Alcanzaremos la distancia orbital para que REXIS comience sus operaciones científicas el próximo junio. Luego, REXIS tomará las huellas digitales de la composición del asteroide en términos de sus elementos atómicos. Cuando recuperemos la muestra, podremos comprobar si REXIS lo hizo bien. Si lo hiciéramos significa que podemos enviar un instrumento similar a REXIS a cualquier parte del sistema solar y obtener una huella digital confiable de la composición detallada de la composición de estos objetos.

Si REXIS tiene éxito, muestra que con un instrumento pequeño se puede obtener una gran ciencia. Nuestro apodo para REXIS es, "El pequeño espectrómetro que pudo".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.